一種雙盤法蘭直管離心整體鑄造金屬模具的制作方法

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本發明涉及金屬模具制造技術領域中的一種雙盤法蘭直管離心整體鑄造金屬模具，特別涉及雙盤法蘭直管離心整體鑄造。

背景技術：

目前，在承壓管線中大量使用雙盤法蘭管與閥門，消火栓，伸縮節等連接，在冶金，礦山，地鐵，化工，污水處理等行業應用十分廣泛。目前國內外市場上用于承壓的輸水管線多數采用離心球墨鑄鐵管。但雙法蘭離心球墨鑄鐵管受脫模困難的影響而無法實現離心整體鑄造成型。傳統的離心鑄造只能生產盤插或承插直管，這是因為離心鑄造成型的鑄管需從管模帶盤或帶承口的一端從圓筒形管模中拔出，實現管模與鑄管分離。而雙盤管是無法從圓筒形管模中拔出的。

在雙盤法蘭管不能離心鑄造成型之前，供應市場的雙盤法蘭管有以下幾種生產方式：

一、焊接雙盤法蘭管。將離心球墨鑄鐵管按用戶需求截取一定長度，把預先準備好并加熱法蘭盤套在管體上，管體與法蘭過盈配合，利用碳弧焊機手工焊接，或利用氣體保護焊機自動焊接。焊縫一般為角焊縫或填充焊縫。焊接雙盤法蘭管存在的主要問題：（1）焊縫與鑄管本體材質不一致，“異質”焊縫強度低。（2）焊接區域應力集中，切無法完全消除。（3）管子兩端的法蘭在焊接前通過人工裝配，尺寸誤差大；焊接過程中受熱應力影響很難保證兩法蘭孔的同心度和盤面的平行度。（4）目前國內外尚無鑄鐵焊縫的評價標準，因此焊接質量用戶無法評價。結論；焊接法蘭管因其焊縫強度低，脆性大而經常發生事故，所以不受用戶歡迎。

二、螺紋法蘭管。顧名思義法蘭與管是用螺紋連接的。這種連接方式軸向抗拉強度尚可，但徑向強度低。因插口螺紋變形會造成接口漏水，大口徑，地埋管均無法使用。因為受使用條件限制和接口密封不可靠等因素影響，也不受用戶歡迎。

三、砂型整鑄法蘭管。整鑄法蘭管目前多數采用普通砂型鑄造和消失模鑄造。其中普通砂型鑄造存在的主要問題是，管壁厚不均勻，彎曲變形；消失模鑄造存在的主要問題是，夾渣，氣孔多，水壓試驗漏水率大。特別需要指出的是，管徑規格越小，長度越長，存在上述缺陷的幾率越大，DN200以下，長度在2米以上的法蘭管很難整鑄成型，即便成型，合格率也很低，無法滿足市場需求。如何規避上述幾種法蘭管的缺陷，離心整體鑄造雙盤法蘭直管是用戶迫切需求。因此，研制開發一種雙盤法蘭直管離心整體鑄造金屬模具一直是急待解決的新課題。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種雙盤法蘭直管離心整體鑄造金屬模具，該發明實現雙盤法蘭管整體離心鑄造，替代焊接法蘭管和其他生產工藝制造的法蘭管，雙盤法蘭與管身一次整鑄成型，完全達到國家GB/T13295-2013，國際ISO2531；2009標準要求，有效的降低管材安全風險，提高管線使用壽命，生產效率高，成本低，節能環保等優勢。

本發明的目的是這樣實現的：一種雙盤法蘭直管離心整體鑄造金屬模具，包括左錐形插盤、帶穿墻法蘭管模、緊固螺栓、不帶穿墻法蘭管模、楔鐵、鎖緊銷、樹脂砂退讓芯、過渡節管模、右錐形插盤，左錐形插盤與帶穿墻法蘭管模之間安裝樹脂砂退讓芯并通過緊固螺栓連接，帶穿墻法蘭管模與過渡節管模通過緊固螺栓連接，過渡節管模與不帶穿墻法蘭管模通過緊固螺栓連接，不帶穿墻法蘭管模與右錐形插盤之間安裝樹脂砂退讓芯并通過緊固螺栓連接，在兩個帶穿墻法蘭管模的側面分別安裝楔鐵、鎖緊銷，在兩個不帶穿墻法蘭管模的側面分別安裝楔鐵、鎖緊銷，在兩個過渡節管模的側面分別安裝楔鐵、鎖緊銷；左錐形插盤由第一定位銷和第一法蘭盤組成，在左錐形插盤的第一法蘭盤孔中安裝第一定位銷；帶穿墻法蘭管模由第一定位銷套、第二定位銷、穿墻法蘭組成，在穿墻法蘭的左端孔內安裝第一定位銷套，在穿墻法蘭的右端孔內安裝第二定位銷；不帶穿墻法蘭管模由第三定位銷、不穿墻法蘭、第二定位銷套組成，在不穿墻法蘭的左端孔內安裝第二定位銷套，在不穿墻法蘭的右端孔內安裝第三定位銷；右錐形插盤由第三定位銷套和第二法蘭盤組成，在右錐形插盤的第二法蘭盤孔中安裝第三定位銷套；

所述的一種雙盤法蘭直管離心整體鑄造金屬模具的工作原理及使用操作方法是：將離心雙盤法蘭管模具設計成水平分型的兩個半模，方便鑄件從模具中取出；利用管模盤接特點，將管模具多節拼裝，滿足用戶對法蘭管的壓力等級及長度需求，離心管模節長度設計是，在1-10自然數中取3個“重要數”，既管模節長度分別設計成1米，2米，5米和100毫米，200毫米，500毫米；通過拼接滿足用戶對不同長度管的需求；長度在5.8米內，壓力等級在PN10，PN16，PN25之間任意選擇；更換管模具兩端的錐形夾持頭可調整法蘭壓力等級，更換管模具過度段可調整鑄管長度，更換管模具帶穿墻法蘭段還可實現雙盤穿墻法蘭管的生產；更換帶插口段管模，可實現盤插，盤插帶穿墻管生產；多節管模是通過法蘭連接實現的，兩法蘭對接部位設計穿墻法蘭；在管模分型面設計有凹凸定位和鎖緊裝置；澆注前將管模預熱到180℃-220℃，在管模內壁噴0,5-1mm厚的硅藻土涂料，其目的：一是防止在澆注過程中管模承受較大的熱沖擊，二是防止澆注過程中鐵水因激冷而產生大量的珠光體和滲碳體，這兩種組織標準規定是不允許的；三是澆注后方便鑄件與模具分離；在左錐形插盤和帶穿墻法蘭管模之間及不帶穿墻法蘭管模和右錐形插盤之間安裝樹脂砂退讓芯的目的有兩個，一是防止澆注后鑄管自由收縮時受剛性管模阻礙法蘭與管身之間產生裂紋；球墨鑄鐵一般體收縮量為0.8％，線收縮量為1％；樹脂砂芯在澆注后受高溫碳化分解，強度消失，給凝固收縮時的鑄管留有較大退讓空間，從而有效防止受剛性管模阻礙收縮造成裂紋；二是法蘭孔可通過樹脂砂退讓芯整體鑄出；將組裝好管模具安放在專用離心機上，專用離心機設有主動力頭，液壓夾持頭，舉升缸，澆注溜槽；主動力頭的作用是通過鎖緊套的摩擦力向管模輸出動力，帶動管模高速旋轉，在離心力作用下（約50G）鑄件成型，液壓夾持頭的主要作用是利用液壓油缸的水平推力將管模推向主動力頭一側，在夾緊管模的同時，兩端的錐形套還能將兩半管模鎖緊；舉升缸的作用是在夾緊管模時能使兩錐形套對中，通過舉升缸上的托輪還能在油缸推力下使管模水平移動；澆注后，松開夾緊裝置，利用舉升缸托住管模；澆注溜槽的作用是將定量的鐵水注入管模中，用定量的鐵水控制鑄管壁厚達到標準要求；利用兩開金屬模具解決雙盤法蘭管，穿墻法蘭管不能離心鑄造的問題，克服其他鑄造方法和焊接法蘭的鑄造缺陷多，成型率低，金相，性能不達標難題；離心鑄造可有效控制管體壁厚，同時滿足K級，C級管壓力等級；組合拼裝的模具設計，同時滿足不同長度規格，不同法蘭壓力等級，不同穿墻法蘭位置的需求；水平離心澆注，提高成型合格率和一次水壓合格率，其中；成型合格率可達98％，一次水壓合格率可達95％，是普通砂型鑄造，消失模鑄造的1-3倍，生產效率高達5倍，可實現大批量生產，滿足市場需求；特別是整鑄一體的法蘭和穿墻法蘭與焊接法蘭相比，機械性能高一倍以上，整體金相組織完全一致，質量更可靠，用戶更滿意；離心澆注不僅使合金組織更致密，更有利于保護環境，澆注中產生的少量廢氣，粉塵可全部回收，真正實現綠色環保鑄造；

所述的一種雙盤法蘭直管離心整體鑄造金屬模具的鑄造方法是：

（1）模具準備：安裝在管模兩端的法蘭盤可以自由更換為PN10，PN16，PN25，PN值不同（壓力等級），法蘭的厚度，螺栓孔徑，孔數也不同；穿墻法蘭位置是通過調整直管段管模長度完成的；

（2）初次使用的管模需進行預熱處理，預熱溫度180℃-220℃，預熱管模的目的是方便粘接管模涂料，連續生產可利用管模余溫，噴涂溫度不可過高或過低；

（3）在規定的溫度下噴涂管模涂料，管模涂料由膨潤土，硅藻土和水配制而成，涂料噴涂厚度0,5-1mm；

（4）待涂料干燥后，進行下芯合模操作，下芯時注意檢查PN值是否與要求相符；兩半模合籠后鎖緊緊固銷，檢查合模縫隙小于0,3mm；

（5）將裝備好的管模放到離心機托架上，啟動舉升缸油泵，將管模托起與離心機緊固套對中，啟動液壓鎖緊油缸，將錐形套插入管模中，啟動主電機讓管模緩慢旋轉；將準備好的定量鐵水兌入管模中，鐵水溫度1350℃-1380℃，待鐵水完全鋪開后，管模高速旋轉3-5分鐘后開始降低管模轉速，根據管徑和壁厚不同，管模高速旋轉的時間也不同，但高速旋轉的離心力不能小于50G；待管模內鑄件溫度降至400℃時，管模停止旋轉，同時舉升缸升起，松開鎖緊油缸，管模含鑄件移到冷卻工位繼續冷卻到300℃以下，打開模具并取出鑄件，迅速清理管模殘余涂料，殘余的舊涂料會造成鑄件表面缺陷，必須清理干凈，借助管模余溫重新噴涂新涂料后準備下一次澆注；

（6）對鑄件進行拋丸清砂，修么毛刺，檢測外觀及尺寸合格；

（7）機械加工：加工法蘭密封水線；

（8）防腐處理：水壓試驗合格后進行內外防腐；

（9）包裝入庫：噴嘜頭后包裝，入庫待發運。

本發明的要點在于它的結構、工作原理及鑄造方法。

一種雙盤法蘭直管離心整體鑄造金屬模具與現有技術相比，具有離心鑄造可有效控制管體壁厚，同時滿足K級，C級管壓力等級；組合拼裝的模具設計，同時滿足不同長度規格，不同法蘭壓力等級，不同穿墻法蘭位置的需求，水平離心澆注，提高成型合格率和一次水壓合格率，其中成型合格率可達98％，一次水壓合格率可達95％，是普通砂型鑄造、消失模鑄造的1-3倍，生產效率高達5倍，可實現大批量生產，滿足市場需求，特別是整鑄一體的法蘭和穿墻法蘭與焊接法蘭相比，機械性能高一倍以上，整體金相組織完全一致，質量更可靠，用戶更滿意，離心澆注不僅使合金組織更致密，更有利于保護環境，澆注中產生的少量廢氣，粉塵可全部回收，真正實現綠色環保鑄造等優點，將廣泛的應用于離心鑄造技術領域中。

附圖說明

下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明。

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是圖3的B-B剖視圖。

圖3是圖1的A-A剖視圖。

圖4是本發明左錐形插盤部分的結構示意圖。

圖5是圖4的C-C剖視圖。

圖6是本發明帶穿墻法蘭管模部分的結構示意圖。

圖7是圖6的右視圖。

圖8是圖6的D-D剖視圖。

圖9是本發明不帶穿墻法蘭管模部分的結構示意圖。

圖10是圖9的右視圖。

圖11是本發明右錐形插盤部分的結構示意圖。

圖12是圖11的右視圖。

圖13是用本發明鑄造方法鑄造雙盤法蘭管產品的結構示意圖。

圖14是用本發明鑄造方法鑄造單盤穿墻法蘭管產品的結構示意圖。

圖15是用本發明鑄造方法鑄造焊接雙盤法蘭管產品的結構示意圖。

圖16是用本發明鑄造方法鑄造雙盤穿墻法蘭管產品的結構示意圖。

圖17是用本發明鑄造方法鑄造雙插穿墻法蘭管產品的結構示意圖。

圖18是用本發明鑄造方法鑄造焊接單盤穿墻法蘭管產品的結構示意圖。

具體實施方式

參照附圖，一種雙盤法蘭直管離心整體鑄造金屬模具，包括左錐形插盤1、帶穿墻法蘭管模2、緊固螺栓3、不帶穿墻法蘭管模4、楔鐵5、鎖緊銷6、樹脂砂退讓芯7、過渡節管模8、右錐形插盤9，左錐形插盤1與帶穿墻法蘭管模2之間安裝樹脂砂退讓芯7并通過緊固螺栓3連接，帶穿墻法蘭管模2與過渡節管模8通過緊固螺栓3連接，過渡節管模8與不帶穿墻法蘭管模4通過緊固螺栓3連接，不帶穿墻法蘭管模4與右錐形插盤9之間安裝樹脂砂退讓芯7并通過緊固螺栓3連接，在兩個帶穿墻法蘭管模2的側面分別安裝楔鐵5、鎖緊銷6，在兩個不帶穿墻法蘭管模4的側面分別安裝楔鐵5、鎖緊銷6，在兩個過渡節管模8的側面分別安裝楔鐵5、鎖緊銷6；左錐形插盤1由第一定位銷1-1和第一法蘭盤1-2組成，在左錐形插盤1的第一法蘭盤1-2孔中安裝第一定位銷1-1；帶穿墻法蘭管模2由第一定位銷套2-1、第二定位銷2-2、穿墻法蘭2-3組成，在穿墻法蘭2-3的左端孔內安裝第一定位銷套2-1，在穿墻法蘭2-3的右端孔內安裝第二定位銷2-2；不帶穿墻法蘭管模4由第三定位銷4-1、不穿墻法蘭4-2、第二定位銷套4-3組成，在不穿墻法蘭4-2的左端孔內安裝第二定位銷套4-3，在不穿墻法蘭4-2的右端孔內安裝第三定位銷4-1；右錐形插盤9由第三定位銷套9-1和第二法蘭盤9-2組成，在右錐形插盤9的第二法蘭盤9-2孔中安裝第三定位銷套9-1。

所述的一種雙盤法蘭直管離心整體鑄造金屬模具的工作原理及使用操作方法是：將離心雙盤法蘭管模具設計成水平分型的兩個半模，方便鑄件從模具中取出；利用管模盤接特點，將管模具多節拼裝，滿足用戶對法蘭管的壓力等級及長度需求，離心管模節長度設計是，在1-10自然數中取3個“重要數”，既管模節長度分別設計成1米，2米，5米和100毫米，200毫米，500毫米。通過拼接滿足用戶對不同長度管的需求；長度在5.8米內，壓力等級在PN10，PN16，PN25之間任意選擇；更換管模具兩端的錐形夾持頭可調整法蘭壓力等級，更換管模具過度段可調整鑄管長度，更換管模具帶穿墻法蘭段還可實現雙盤穿墻法蘭管的生產；更換帶插口段管模，可實現盤插，盤插帶穿墻管生產；多節管模是通過法蘭連接實現的，兩法蘭對接部位設計穿墻法蘭；在管模分型面設計有凹凸定位和鎖緊裝置；澆注前將管模預熱到180℃-220℃，在管模內壁噴0,5-1mm厚的硅藻土涂料，其目的：一是防止在澆注過程中管模承受較大的熱沖擊，二是防止澆注過程中鐵水因激冷而產生大量的珠光體和滲碳體，這兩種組織標準規定是不允許的；三是澆注后方便鑄件與模具分離；在左錐形插盤1和帶穿墻法蘭管模2之間及不帶穿墻法蘭管模4和右錐形插盤9之間安裝樹脂砂退讓芯7的目的有兩個，一是防止澆注后鑄管自由收縮時受剛性管模阻礙法蘭與管身之間產生裂紋。球墨鑄鐵一般體收縮量為0.8％，線收縮量為1％；樹脂砂芯在澆注后受高溫碳化分解，強度消失，給凝固收縮時的鑄管留有較大退讓空間，從而有效防止受剛性管模阻礙收縮造成裂紋；二是法蘭孔可通過樹脂砂退讓芯整體鑄出；將組裝好管模具安放在專用離心機上，專用離心機設有主動力頭，液壓夾持頭，舉升缸，澆注溜槽；主動力頭的作用是通過鎖緊套的摩擦力向管模輸出動力，帶動管模高速旋轉，在離心力作用下（約50G）鑄件成型，液壓夾持頭的主要作用是利用液壓油缸的水平推力將管模推向主動力頭一側，在夾緊管模的同時，兩端的錐形套還能將兩半管模鎖緊；舉升缸的作用是在夾緊管模時能使兩錐形套對中，通過舉升缸上的托輪還能在油缸推力下使管模水平移動；澆注后，松開夾緊裝置，利用舉升缸托住管模；澆注溜槽的作用是將定量的鐵水注入管模中，用定量的鐵水控制鑄管壁厚達到標準要求；利用兩開金屬模具解決雙盤法蘭管，穿墻法蘭管不能離心鑄造的問題，克服其他鑄造方法和焊接法蘭的鑄造缺陷多，成型率低，金相，性能不達標難題；離心鑄造可有效控制管體壁厚，同時滿足K級，C級管壓力等級；組合拼裝的模具設計，同時滿足不同長度規格，不同法蘭壓力等級，不同穿墻法蘭位置的需求；水平離心澆注，提高成型合格率和一次水壓合格率，其中；成型合格率可達98％，一次水壓合格率可達95％，是普通砂型鑄造，消失模鑄造的1-3倍，生產效率高達5倍，可實現大批量生產，滿足市場需求；特別是整鑄一體的法蘭和穿墻法蘭與焊接法蘭相比，機械性能高一倍以上，整體金相組織完全一致，質量更可靠，用戶更滿意；離心澆注不僅使合金組織更致密，更有利于保護環境，澆注中產生的少量廢氣，粉塵可全部回收，真正實現綠色環保鑄造；

所述的一種雙盤法蘭直管離心整體鑄造金屬模具的鑄造方法是：

（3）在規定的溫度下噴涂管模涂料，管模涂料由膨潤土，硅藻土和水配制而成，涂料噴涂厚度0,5-1mm；

（4）待涂料干燥后，進行下芯合模操作，下芯時注意檢查PN值是否與要求相符。兩半模合籠后鎖緊緊固銷，檢查合模縫隙小于0,3mm；

（6）對鑄件進行拋丸清砂，修么毛刺，檢測外觀及尺寸合格；

（7）機械加工：加工法蘭密封水線；

（8）防腐處理：水壓試驗合格后進行內外防腐；

（9）包裝入庫：噴嘜頭后包裝，入庫待發運。

實施例一

用離心機鑄造PN16,長度5.8米，DN1000雙盤法蘭直管方法是：

（1）模具準備

A、根據用戶需求，準備DN1000管模兩端PN16的錐形插盤左右各1套，變更管模兩端的錐形插盤，管件法蘭盤可以更換成PN10，PN16，PN25，PN值不同（壓力等級），法蘭的厚度，螺栓孔徑，孔數也不同。同時準備DN1000的過度節管模3節，長度分別為5米，0.5米，0.2米。DN1000，PN16的法蘭厚度50毫米，合計總長度5.8米，滿足客戶需求；

B、將分段管模拼裝連接，注意定位銷，定位臺完好；

C、初次使用的管模需進行預熱處理，預熱溫度180℃-220℃，用遠紅外測溫槍檢測內壁溫度達到規定要求。預熱管模的目的是方便粘接管模涂料，連續生產可利用管模余溫，噴涂溫度不可過高或過低；噴涂料有三個目的：一是澆注過程中鐵水因管模激冷而產生大量的珠光體和滲碳體，這兩種組織標準規定是不允許超標的，管模內表面的涂料可有效防止這兩種組織出現；二是保護管模管模在澆注過程中受較大的熱沖擊而降低使用壽命；三是澆注后方便鑄件與模具分離；

D、在規定的溫度下,用高壓無氣噴涂設備噴涂管模涂料，管模涂料由膨潤土，硅藻土和水配制而成，涂料粘度用T6杯檢測，控制在11秒，涂料噴涂厚度0.5-1mm；

E、待涂料干燥后，清除管模分型面上的涂料，目的是保證合模精度，防止離心澆注時漏鐵；

F,進行合模操作前,將準備好的PN16退讓砂芯放到管模定位槽中，利用導向銷將兩半模合籠后鎖緊緊固銷，檢查合模縫隙小于0,3mm；

（2）離心澆注

將準備好的管模放到離心機的托架23上，啟動氣動舉升缸24，將管模托起與離心機的從動錐形夾持套14和主動軸錐形套16對中；啟動液壓油缸4，將錐形套插入管模中；啟動調速電機28讓管模緩慢旋轉；將準備好的定量鐵水兌入管模中，鐵水溫度1350℃-1380℃，待鐵水完全鋪開后，管模高速旋轉3-5分鐘后開始降低管模轉速；根據管徑和壁厚不同，管模高速旋轉的時間也不同；但高速旋轉的離心力不能小于50G；待管模內鑄件溫度降至400℃時，管模停止旋轉，同時氣動舉升缸24升起；松開液壓油缸4，管模與鑄件移到冷卻工位繼續冷卻到300℃以下，打開模具并取出鑄件；迅速清理管模殘余涂料，殘余的舊涂料會造成鑄件表面缺陷，必須清理干凈；借助管模余溫重新噴涂新涂料后準備下一次澆注；

（3）清理與加工；

A、對鑄件進行拋丸清砂，修磨毛刺，檢測外觀及尺寸合格；

B、機械加工；加工法蘭密封水線；

（4）防腐與包裝；

A、防腐處理；水壓試驗合格后進行內外防腐；

B、包裝；噴嘜頭后用托盤，木箱包裝，入庫待發運。

實施例二

用離心機鑄造PN10，DN200單盤穿墻法蘭直管，長度為4.02米，其中穿墻法蘭距法蘭密封面長度為2.01米，方法是：